具备并联电容的匹配结构的插损分析

具备并联电容的匹配结构的插损分析

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_44584198/article/details/142886378

在射频电路设计中，电容作为匹配网络的一部分被广泛应用。然而，实际使用的电容并非理想器件，其非理想特性会对电路的插入损耗产生影响。本文通过ADS仿真软件，对比分析了理想电容和不同容值的实际电容在匹配网络中的表现，探讨了电容非理想性对插损的影响，并提出了优化方案。

具备并联电容的匹配结构的插损分析

在射频电路设计中，工程师常常会使用并联电容作为匹配网络的一部分。例如，在将5+j5欧姆匹配到50欧姆的案例中：

但是，电容是否可以随意使用呢？答案是存在限制的。判断一个阻抗是否匹配往往依据其S11参数，即使S11匹配效果非常好，其仍然可能存在插入损耗S21。

当然，对于理想的微带线和理想电容器件，这样的电路如果完美匹配的话S21的插损为0dB，因为电路中没有耗能（电阻）器件。但是，我们实际使用的电容并非是理想电容，因此对于电容的使用往往存在一些限制，下面对此进行分析。

具备理想电容的匹配结构插损分析

首先构建了基于理想微带线和理想电容的匹配电路，电容的容值都要相对于频率去评判，此处工作频率为2GHz，阻抗匹配是5+j5欧姆匹配到50欧姆（其中虽然使用了介质板参数，但是金属厚度为0，忽略了金属损耗）：

运行优化，可以得到最终的匹配结果，可以看到S11为-126dB，匹配非常良好，S21接近0dB，不存在插入损耗：

具备非理想电容的匹配结构插损分析

10pF村田电容

其他使用同样的结构和条件，只替换理想电容为实际的村田电容模型，电容的额定工作频率可以到8.5GHz，电容容值为10pF（和上面一致），重新运行优化：

运行优化后仿真，可以看到使用此实际的10pF电容模型几乎无法完成匹配任务，S11和S21都非常差：

5pF村田电容

把电容替换为5pF的：

可以看到虽然S11匹配的很好，但是电路中插损却由-0.234dB：

3pF村田电容

此处就不继续说明了，直接给出结果：

2pF村田电容

具备非理想电容的匹配结构插损优化

但是问题来了，我又想用10pF的电容，又不想那么大的插损，这该怎么办。答案是可以使用多个小容值的进行并联。此处把5个2pF的电容进行并联，近似为10pF，再进行优化：

可以看到5个2pF的电容进行并联的电路匹配良好，插损为-0.161dB，注意使用单个2pF的电容的插损是-0.03dB，使用五个相当于插损叠加了：

结论

因此说到底还是实际电容的问题，需要大容值建议使用小容值的电容进行并联即可。